Сообщение на тему металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов
Обновлено: 07.05.2024
Цель изучения дисциплины "Материаловедение" — приобретение студентами знаний о природе и свойствах материалов, а также о методах их упрочнения достаточных для наиболее эффективного использования на практике.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Поставленная цель достигается путем изучения физической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и показать их влияние на свойства материалов. Установлением зависимости между составом, строением и свойствами материалов. Изучения теории и практики различных способов упрочнения материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин, инструмента и других изделий. Изучения основных групп современных металлических и неметаллических материалов, их свойств и областей применения.
1.3. В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
– физическую сущность явлений, происходящих в материалах и их взаимосвязь со свойствами
1.4.В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:
– оценить поведение материала под воздействием различных факторов,
– правильно выбирать материал, назначать его обработку в целях получения заданной структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин и инструмента;
– иметь представление о перспективах развития материаловедения.
2. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ И ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
| Виды занятий, формы контроля знаний | Д | З | ||
| П | С | П | С | |
| Курс | - | - | - | |
| Семестр | - | - | - | |
| Лекций, ч | - | - | - | |
| Экзамен (семестр) | - | - | - | |
| Зачет (семестр) | - | - | - | - |
| Практические (семинарские), ч | - | - | - | - |
| Лабораторные занятия, ч | - | - | - | |
| Расчетно-графические работы (семестр) | - | - | - | - |
| Контрольные работы (семестр) | - | - | - | - |
| Курсовая работа (семестр/часы) | - | - | - | - |
| Курсовой проект (семестр/часы) | - | - | - | - |
| Управляемая самостоятельная работа, ч | - | - | - |
3. ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС
| Наименование разделов и тем лекций и их содержание | Количество часов | ||
| Д | З | ||
| П | С | П | С |
| Вводная лекция. | - | - | - |
| Раздел 1 Металловедение. | |||
| Строение металлов. Формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации. | - | - | - |
| Диаграммы состояния двойных сплавов. | - | - | - |
| Железо и его сплавы | - | - | - |
| Пластическая деформация | - | - | - |
| Теория термической обработки стали | - | - | - |
| Технология термической обработки стали | - | - | - |
| Химико-термическая обработка стали | - | - | - |
| Легированные стали классификация и маркировка | - | - | - |
| Коррозия. Конструкционные коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы | - | - | - |
| Конструкционные жаропрочные стали и сплавы. Инструментальные стали и сплавы | - | - | - |
| Алюминий, магний и их сплавы | - | - | - |
| Медь и ее сплавы | - | - | - |
| Раздел 2 Неметаллические и композиционные материалы | |||
| Полимеры и пластмассы. Резина, стекла, керамика | - | - | - |
| Композиционные материалы. | - | - | - |
| Заключение | - | ||
| Основы рационального выбора материалов и методов упрочнения деталей машин | - | - | - |
| Всего | - | - | - |
4. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЧЯ
| Наименование лабораторной работы | Количество часов | ||
| Д | З | ||
| П | С | П | С |
| Определение твердости материалов. | - | - | - |
| Исследование строения металлов на металлографическом микроскопе, макро- и микроструктурный методы анализа металлов и сплавов | - | - | - |
| Изучение диаграммы состояния железо-цементит | - | - | - |
| Исследование микроструктуры сталей и чугунов в равновесном состоянии | - | - | - |
| Исследование пластической деформации и рекристаллизации металлов и сплавов | - | - | - |
| Исследование влияния термической обработки на микроструктуру и свойства стали 45 | - | - | - |
| Исследование поверхностного упрочнения стали методом цементации и закалки ТВЧ | - | - | - |
| Изучение микроструктуры и свойств легированных конструкционных и инструментальных сталей | - | - | - |
| Решение задач по рациональному выбору материалов и режимов упрочняющей обработки | - | - | - |
| Всего: | - | - | - |
5. УПРАВЛЯЕМАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА
Темы для выполнения самостоятельной работы студента выдаются преподавателем.
Задание выполняется по примеру и методике, изложенным в учебном пособии Р.H.Худокормовой, Ф.И.Пантелеенко. Материаловедение. Лабораторный практикум./Под ред. Л.С.Ляховича. - Выш.шк., 1988, 224 с.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
| № п./п. | Перечень литературы | Год издания |
| 1. | Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. — М.: Машиностроение,. — 493 с | |
| 2. | Материаловедение и технология металлов: Под. Ред. Г. П. Фетисова.— М.: Высш. шк., 2001. —638 с. | |
| 3. | Арзамасов Б.H., Макарова В.И. и др. Под общей ред. Б.H.Арзамасова. — Материаловедение. —. - 648 с. | |
| 4. | Арзамасов Б.H., Сидорин И.И. и др. Под общей ред. Б.H.Арзамасова. — Материаловедение. —. - 384 с. | |
| 5. | Гуляев А.П. Металловедение. — М.: Металлургия,. — 544 с. | |
| 6. | Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи). — М.: Металлургия,. — 456 | |
| 7. | Худокормова Р.H., Пантелеенко Ф.И. Материаловедение. Лабораторный практикум./Под ред. Л.С.Ляховича. — Мн.: Выш.шк. — 224 с. | |
| 8. | Ощепков Ю.П., Пантелеенко Ф.И. Методические указания к учебноисследовательским и лабораторным работам по курсу "Материаловедение" для студентов машиностроительных специальностей. — Hовополоцк, , 48 с. | |
| 9. | Ощепков Ю.П., Пантелеенко Ф.И. Методические указания для самостоятельной работы по выполнению домашнего задания по курсу "Материаловедение" для студентов специальностей 0501, 0516. - Hовополоцк,. — 20 с. |
Значение и задачи курса "Материаловедение". Роль материалов в современной технике. Значение современного материаловедения в народном хозяйстве, в ускорении научно-технического прогресса. Историческая справка развития материаловедения. Роль отечественных и зарубежных ученых в создании основ материаловедения. Прогрессивные тенденции создания и рационального выбора новых и существующих материалов, оценка перспектив их применения на основе экономического анализа.
Материаловедение - это наука о взаимосвязи электронного строения, структуры материалов с их составом, физическими, химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.
Создание научных основ металловедения по праву принадлежит. Чернову Д.К., который установил критические температуры фазовых превращений в сталях и их связь с количеством углерода в сталях. Этим были заложены основы для важнейшей в металловедении диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов.
Открытием аллотропических превращений в стали Чернов заложил фундамент термической обработки стали. Учет критических точек в стали позволил рационально выбирать температуру ее закалки, отпуска и пластической деформации в производственных условиях.
В своих работах по кристаллизации стали, и строению слитка Чернов изложил основные положения теории литья, не утратившие своего научного и практического значения в настоящее время.
Великий русский металлург Аносов П.П. впервые применил микроскоп для исследования структуры металлов. Ему принадлежит приоритет в создании легированных сталей. Разработал теорию и технологию изготовления клинков из булатной стали. Из его работ стало ясно, что так называемый булатный узор на поверхности стали, непосредственно зависит от ее внутренней структуры.
В 1873-1876 г.г Гиббс изложил основные законы фазового равновесия и, в частности, правило фаз, основываясь на законах термодинамики. Для решения практических задач знание фазового равновесия в той или иной системе необходимо, но не достаточно для определения состава и относительного количества фаз. Обязательно знать структуру сплавов, то есть атомное строение фаз, составляющих сплав, а также распределение, размер и форму кристаллов каждой фазы.
Определение атомного строения фаз стало возможным после открытия Лауэ (1912 г), показавшего, что атомы в кристалле регулярно заполняют пространство, образуя пространственную дифракционную решетку, и что рентгеновские лучи имеют волновую природу. Дифракция рентгеновских лучей на такой решетке дает возможность исследовать строение кристаллов.
В последнее время для структурного анализа, кроме рентгеновских лучей, используют электроны и нейтроны. Соответствующие методы исследования называются электронографией и нейтронографией. Электронная оптика позволила усовершенствовать микроскопию. В настоящее время на электронных микроскопах полезное максимальное увеличение доведено до 100000 раз.
В пятидесятых годах, когда началось исследование природы свойств металлических материалов, было показано, что большинство наиболее важных свойств, в том числе сопротивление пластической деформации и разрушению в различных условиях нагружения, зависит от особенностей тонкого кристаллического строения. Этот вывод способствовал привлечению физических теорий о строении реальных металлов для объяснения многих непонятных явлений и для конструирования сплавов с заданными механическими свойствами. Благодаря теории дислокаций, удалось получить достоверные сведения об изменениях в металлах при их пластической деформации.
Особенно интенсивно развивается металловедение в последние десятилетия. Это объясняется потребностью в новых материалах для исследования космоса, развития электроники, атомной энергетики.
Основными направлениями в развитии металловедения является разработка способов производства чистых и сверхчистых металлов, свойства которых сильно отличаются от свойств металлов технической чистоты, с которыми преимущественно работают. Генеральной задачей материаловедения является создание материалов с заранее рассчитанными свойствами применительно к заданным параметрам и условиям работы. Большое внимание уделяется изучению металлов в экстремальных условиях (низкие и высокие температуры и давление).
До настоящего времени основной материальной базой машиностроения служит черная металлургия, производящая стали и чугуны. Эти материалы имеют много положительных качеств и в первую очередь обеспечивают высокую конструкционную прочность деталей машин. Однако эти классические материалы имеют такие недостатки как большая плотность, низкая коррозионная стойкость. Потери от коррозии составляют 20% годового производства стали и чугуна. Поэтому, по данным научных исследований, через 20…40 лет все развитые страны перестроятся на массовое использование металлических сплавов на базе титана, магния, алюминия. Эти легкие и прочные сплавы позволяют в 2-3раза облегчить станки и машины, в 10 раз уменьшить расходы на ремонт.
Важное значение имеет устранение отставания нашей страны в области использования новых материалов взамен традиционных (металлических) – пластмасс, керамики, материалов порошковой металлургии, особенно композиционных материалов, что экономит дефицитные металлы, снижает затраты энергии на производство материалов, уменьшает массу изделий.
Расчетами установлено, что замена ряда металлических деталей легкового автомобиля на углепластики из эпоксидной смолы, армированной углеродными волокнами, позволит уменьшить массу машины на 40%; она станет более прочной; уменьшится расход топлива, резко возрастет стойкость против коррозии.
2Раздел 1. МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
2. Строение металлов
Металловедение как наука. Металлические материалы. Металлический тип связи. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток. Основные характеристики решеток. Анизотропия металлов. Строение реальных кристаллов. Дефекты кристаллического строения (точечные, линейные, поверхностные, объемные) и их влияние на физико-механические свойства металлов (диаграмма прочность-плотность дефектов
Металловедение как наука. Металлические материалы.
В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.
Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.
Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:
Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.
Металловедение - это прикладная наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами металлов и сплавов, а также их изменение при различных внешних воздействиях.
К числу свойств металлов и сплавов, в частности, относятся: механические (прочность, пластичность, вязкость и твердость), химические (сопротивление действию агрессивной среды), физические (магнитные, электрические, объемные и тепловые), технологические (жидкотекучесть, штампуемость, об-рабатываемость режущим инструментом, прокаливаемость).
Несмотря на то, что человек использовал металлы на протяжении почти всей своей истории, металловедению как науке сейчас около 200 лет.
Для истории металловедения характерны следующие три периода.
Первый период (до двадцатых годов ХХ века), во время которого были заложены основы металловедения и создано общее представление о металлах и сплавах. Это было сделано на основе исследования их строения как невооруженным глазом, так и под металлографическим микроскопом и путем обычных методов лабораторных испытаний их свойств.
Во втором периоде (с двадцатых по пятидесятые годы ХХ века), удалось создать ясное представление о расположении атомов в идеальных кристаллах металлов и о процессах, происходящих в них, на основе результатов рентгеноструктурного анализа и более тонких и всесторонних методов лабораторных исследований. Однако оказалось, что наиболее важные свойства металлов определяются не идеальным расположением атомов в металлических кристаллах, а нарушениями такого расположения, т. е. дефектами их строения.
Третий период (с пятидесятых годов ХХ века) связан с применением гораздо более эффективного, чем рентгеновские лучи, ядерного излучения (быстрые нейтроны, -частицы и т. д.), что наряду с применением электронной микроскопии и других совершенных методов лабораторного исследования обеспечило возможность более глубокого и всестороннего изучения строения реальных металлов. В кристаллах металлов удалось изменять расположение атомов, создавать там различные дефекты строения и изучать их взаимодействие, от которого зависят важнейшие свойства реальных металлов. Благодаря этому металловедение может не только объяснять строение и свойства металлов и сплавов, но и предвидеть их, а также изменять их в желательном для производства и эксплуатации направлении.
Появление новых методов исследования обусловлено тем, что непрерывно развивается и совершенствуется теоретическая база науки о металлах – физика твердого тела, а практика требует получения новых металлов и сплавов.
Современное металловедение все больше сближается с металлофизикой, и сейчас невозможно представить себе подлинно научных работ в этой области, в которых не использовались бы достижения современной физики твердого тела. Точно также ни одна рациональная технология термической обработки не может не опираться на основные положения научного металловедения.
Хотя металловедение нашего времени не может быть отделено от физики и химии, но, как и в первый период своего развития, металловедение является, прежде всего, наукой о технических металлах и сплавах.
Металловедение обычно подразделяют на 2 части:
• теоретическое металловедение или теория сплавов;
• практическое металловедение.
Теоретическое металловедение рассматривает природу металлов и сплавов; методы их исследования; связь изменений в металлах и сплавах под влиянием температуры, давления и иных внешних воздействий, с законами, по которым строение и свойства сплавов изменяются в зависимости от их состава.
В практическом металловедении даются необходимые сведения о физических, химических и технологических свойствах металлов и сплавов, применяющихся в технике, а также указываются пути рационального выбора металлических материалов для определенного назначения.
В первый период развития металловедения наибольшее внимание уделялось железу и его сплавам с углеродом (стали и чугуну), но постепенно исследования охватили и другие металлы и сплавы, и сейчас металловедение занимается изучением практически всех металлических элементов и сплавов на их основе.
Основными разделами классического металловедения являются:
•Теория сплавов (кристаллическое строение, плавление и кристаллизация, механические свойства, процессы деформации и нагрева, строение сплавов, диаграммы состояния).
• Металловедение черных металлов: железоуглеродистые сплавы (диаграмма состояния, классификация, структура, процессы термической обработки, легирование). Сюда также относят сплавы титана, тугоплавких металлов, сплавы с особыми свойствами, магнитные сплавы и сплавы атомной энергетики.
• Цветные металлы и их сплавы (благородные металлы, алюминий, медь, цинк и др; подшипниковые и типографские сплавы, биметаллы и композиты).
Ну а металлография, которой посвящен этот сайт, является одним из необходимых инструментов металловедения, поскольку именно она позволяет получить изображение структуры металла.
Металловедение — наука, которая изучает строение, свойства металлов, устанавливает связь между химическим составом, структурой и свойствами металлов, а также закономерности изменения структуры и свойств под воздействием внешних факторов.
Основана на теоретическом и экспериментальном изучении физики металлов, химически-структурных методах анализа твёрдого тела, а также на термодинамических и кинетических концепциях.
История науки
Литература
- Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева Материаловедение. — М .: Машиностроение, 1990.
- Металловедение
- Металлургия
- Материаловедение
- Технологии машиностроения
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Металловедение" в других словарях:
металловедение — металловедение … Орфографический словарь-справочник
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами металлических материалов, закономерности их изменений при механических, тепловых, химических и др. видах воздействия. Научная основа получения металлических материалов с заданными… … Большой Энциклопедический словарь
металловедение — Наука о строении и св вах металлов и сплавов. Осн. задачи м.: создание сплавов с зад. комплексом св в; установл. закономерностей формиров. структуры и св в изделий при их отливке, обработке давлением, термообработке и др. способах обработки;… … Справочник технического переводчика
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами металлических материалов, их изменения при тепловых, деформационных и физико химических воздействиях. Научная основа изыскания составов, способов изготовления и… … Современная энциклопедия
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, я, ср. Наука о строении и физических свойствах металлов и сплавов. | прил. металловедческий, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
металловедение — сущ., кол во синонимов: 1 • материаловедение (7) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Металловедение — МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, наука, изучающая связь между составом, структурой и свойствами металлических материалов, их изменения при тепловых, деформационных и физико химических воздействиях. Научная основа изыскания составов, способов изготовления и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ — наука о взаимосвязи состава, строения и свойств (см.) и (см.), о закономерности их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом, радиационном и др.), а также о методах их испытаний … Большая политехническая энциклопедия
металловедение — я; ср. Наука, изучающая строение и свойства металлов и сплавов, их изменения при различных внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т.п.). Курс металловедения. * * * металловедение наука, изучающая связь между составом,… … Энциклопедический словарь
Металловедение — наука, изучающая связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико химических и др. видах воздействия. М. научная основа изысканий состава, способов изготовления и … Большая советская энциклопедия
7.1.1 Строение металлов.Металловедение как наука о свойствах металлов и сплавов. Типы связи в твердых телах. Атомно-кристаллическое строение металлов. Процесс кристаллизации.
Рассмотрите типы химической связи в твердых телах, основное внимание обратите на особый тип металлической связи, который обусловливает отличительные свойства металлов: высокую электропроводность и теплопроводность, высокую пластичность и металлический блеск. Металлические тела характеризуются кристаллическим строением. Однако свойства реальных кристаллов определяются известными несовершенствами кристаллического строения. В связи с этим необходимо разобраться в видах несовершенств и, особенно в строении дислокаций (линейных несовершенств), причинах их легкого перемещения в кристаллической решетке и влияния на механические свойства.
Термодинамические причины фазовых превращений являются одним из частных случаев общего закона природы: стремления любой системы к состоянию с наименьшим запасом энергии (в данном случае свободной энергии). Уясните теоретические основы процесса кристаллизации, состоящего из двух элементарных процессов: зарождения и роста кристаллов, и влияния на эти параметры степени переохлаждения.
В процессе кристаллизации при формировании структуры литого металла решающее значение имеет реальная среда, а также возможность искусственного воздействия на строение путем модифицирования.
7.1.2 Теория сплавов.Сплавы, виды взаимодействия компонентов в твердом состоянии. Диаграммы состояния для случаев полной нерастворимости, неограниченной и ограниченной растворимости компонентов в твердом виде, а также для случая образования устойчивого химического соединения.
Необходимо отчетливо представлять строение металлов и сплавов в твердом состоянии. Уясните, что такое твердый раствор, химическое (металлическое) соединение, механическая смесь. Наглядное представление о состоянии любого сплава в зависимости от его состава и температуры дают диаграммы состояния, Нужно усвоить общую методику построения диаграмм состояния для различных случаев взаимодействия компонентов в твердом состоянии.
При изучении диаграмм состояния нужно уметь применять правило отрезков (для определения доли каждой фазы или структурной составляющей в сплаве), правило фаз (для построения кривых нагревания и охлаждения), определять химический состав фаз. С помощью правил Курнакова нужно уметь установить связь между составом, строением и свойствами сплава.
7.1.3 Пластическая деформация и механические свойства металлов.Напряжения и деформация. Явление наклепа. Стандартные механические свойства: твердость; характеристики, определяемые при растяжении; ударная вязкость; сопротивление усталости.
Рассмотрите физическую природу деформации и разрушения. Внимание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясните связь между основными характеристиками, строением и механическими свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практическом использовании.
Изучите основные методы исследования механических свойств металлов и физический смысл определяемых при разных методах испытания характеристик. Свойства, полученные на гладких образцах, не совпадают со свойствами готового изделия, выполненного из предварительно испытанного материала. Это связано с наличием в реальных деталях отверстий, надрезов и других концентраторов напряжений, а также с различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и получить результаты, характеризующие конструкционную прочность металла.
7.1.4 Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла.Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рекристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните, как при этом изменяются механические, физико-химические свойства и размер зерна. Установите влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процессов. Научитесь выбирать режим рекристаллизационного отжига. Уясните его практическое значение, различие между холодной и горячей пластическими деформациями:
7.1.5 Железо и его сплавы.Диаграмма состояния железо - цементит. Классификация железоуглеродистых сплавов. ГОСТы на металлы и сплавы. Фазы, образуемые легирующими элементами в сплавах железа. Структурные классы легированных сталей. Чугуны.
Научитесь вычерчивать диаграмму состояния (см. рис. 1 в приложении) железо - цементит и определять все фазы и структурные составляющие этой системы. С помощью правила фаз постройте кривые охлаждения (или нагревания) для любого сплава; разберитесь в классификации железоуглеродистых сплавов и усвойте, что различие между тремя классами (техническое железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода). Разные классы сплавов принципиально различны по структуре и свойствам. Технические железоуглеродистые сплавы состоят не только из железа и углерода, но и обязательно содержат постоянные примеси, попадающие в сплав в результате предыдущих операций при выплавке.
Разберите диаграмму состояния железо-графит, которая по графическому начертанию почти не отличается от диаграммы железо-цеминтит, что облегчает ее запоминание. Количественные изменения в положении линий диаграммы касаются смещения эвтектической и эвтектоидной линий в точках S' и E'. Качественное изменение заключается в структуре во всех случаях цементита графитом.
Изучите влияние легирующих элементов: на критические точки железа и стали и объясните, при каком сочетании углерода исоответствующего легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустеиитного и ледебуритного классов.
Уясните влияние постоянных примесей на строение чугуна и разберитесь в различии металлической основы серых чугунов разных классов. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов различных классов, и их маркировку. Обратите внимание на способы получения ковких и высокопрочных чугунов. Изучите физическую сущность процесса графитизации.
При изучении процесса графитизации важно уяснить, каково влияние формы графита на механические и эксплуатационные свойства чугуна, каково влияние Si, Mn, S, Р и модифицирующих элементов на процесс графитизации и форму графита.
Серые чугуны по ГОСТ 1412-85 маркируются так: СЧ25, где СЧ – серый чугун, 25 – предел прочности σв при растяжении (250 МПа). Известно, что 4σВ.раст. = 2 σизг. = σсж, т.е. чугун лучше работает при сжатии. Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79) маркируются иначе: КЧ45-7, где КЧ – ковкий; 45 – предел прочности при растяжении σВ (450 МПа), 7 – относительное удлинение δ, %. Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85) - ВЧ80, где 80 – σВ (800 МПа).
7.1.6 Теория термической обработки стали.Превращения в стали при нагреве. Превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение и его особенности. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении. Превращения при отпуске закаленной стали.
Теория и практика термической обработки стали - главные вопросы металловедения. Термическая обработки - один из основных способов влияния на строение, а следовательно, и на свойства сплавов.
При изучении превращений переохлажденного аустенита особое внимание обратите на диаграмму изотермического распада (см. рис. 2 в приложении), устанавливающую связь между температурными условиями превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения. Разберитесь в механике и особенностях перлитного, промежуточного и мартенситного превращений, происходящих соответственно в верхней, средней и нижней температурных областях. Уясните строение и свойства перлита, сорбита, троостита, бейнита, мартенсита и особенно различие и сходство одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. Запомните практическое значение термокинетических диаграмм.
Изучите влияние легирующих элементов на кинетику и характер превращения аустенита в перлитной, промежуточной и мартенситной областях. в связи с влиянием легирующих элементов на диаграммы изотермического распада аустенита рассмотрите причины получения различных классов по структуре (перлитного, мартенситного, аустенитного). Уясните влияние легирующих элементов на превращения при отпуске. Запомните, что легирующие элементы, как правило, затормаживают процессы превращений.
7.1.7 Технология термической обработки.Основные виды термической обработки стали. Отжиг, нормализация, закалка, обработка холодом. Прокаливаемость стали. Отпуск стали. Поверхностная закалка.
Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов отжига, нормализации, закалки и обработки холодом. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разновидности режимов и их назначение. Для выяснения причин брака при термической обработке стали следует, прежде всего, разобраться в природе термических и фазовых напряжений.
Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Разберитесь в способе получения высокопрочных деталей – термомеханической обработке.
Различные виды поверхностей закалки позволяют получить особое сочетание свойств поверхностного слоя и сердцевины, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик изделия. При изучении индукционной закалки уясните связь между глубиной проникновения закаленного слоя и чистотой тока.Закалка при нагреве токами высокой частоты приводит к получению более высоких механических свойств, чем при обычном нагреве. Для получения оптимальных результатов следует руководствоваться диаграммами допустимых и преимущественных режимов нагрева под закалку токами высокой частоты.
Современные автоматические и полуавтоматические агрегаты для термической обработки могут быть включены в технологические линии машиностроительных заводов, в связи с чем при массовом производстве отпадает необходимость в специальных термических цехах и отделениях.
7.1.8 Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом.Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Азотирование. Цианирование. Диффузионная металлизация. Дробеструйный наклеп.
При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомовповерхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому рассмотрите реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвойте современные представления о процессе диффузии в металлах. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, а поэтому нужно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химик о-термической обработки и конечные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-химических свойств).
Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-тер-мической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, цианирования и различных видов диффузионной металлизации. Объясните влияние легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назначение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин.
7.1.9 Конструкционные стали.Конструкционные стали общего назначения. Цементуемые, улучшаемые, пружинно-рессорные стали. Высокопрочные мартенситостареющие стали. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы.
Нужно усвоить принципы маркировки сталей и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.
Химический состав и механические свойства сталей определяют по ГОСТам, Например для углеродистых сталей обыкновенного качества – по ГОСТ 380-94, для углеродистых качественных сталей – по ГОСТ 1050-88, для углеродистых инструментальных сталей – по ГОСТ 1435-86, для легированных сталей – по ГОСТ 19281-89, 14959-79 и др.
Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп.
Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и, что особенно важно для машиностроителей, по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементуемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.
При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.
В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать- состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения.
Вопросы для самопроверки:
7.1.10 Инструментальные стали.Классификация и маркировка инструментальных сталей. Стали, не обладающие и обладающие теплостойкостью. Стали для режущего, измерительного и штампового инструмента. Твердые сплавы.
Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки.
Пря изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.
Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.
7.1.11 Специальные сплавы.В этом разделе изучают стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами: магнитные, с заданным коэффициентом теплового расширения и электрическим сопротивлением, а также новые сплавы на основе титана, никеля, кобальта и тугоплавких металлов.
Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две-три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав и укажите режим термической обработки с объяснением происходящих структурных превращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства.
Обратите внимание на использование титановых сплавов как в качестве конструкционных, работающих при обычных температурах, так и в качестве жаропрочных. Уясните преимущества, предельные температуры и области использования сплавов на основе титана, никеля и кобальта.
Общая характеристика и перспективы использования сплавов на основе тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, хрома, тантала, ниобия, циркония).
7.1.12 Алюминий, магний и их сплавы.Деформируемые и литейные сплавы. Если чистый алюминий маркируется АО, А5 (процент примесей) в литом состоянии или АДО, АД1 – после деформации, то сплавы алюминия маркируются так: деформируемые (ГОСТ 4784-74) – АМц (с марганцем), АМг2 (марганец и магний – 2%), Д16 (марганец, магний, медь), В95 (то же и хром, цинк), АК6 (то же и кремний); литейные (ГОСТ 2685-75) – АЛ2 – силумины, АЛ 19 (с медью, титаном) и др.
Особое внимание нужно обратить на теорию старения деформируемых алюминиевых сплавов, изучив превращения в структуре и изменения свойств при термической обработке – закалке и последующем искусственном старении, разобраться в физической сущности упрочнения при старении (когерентность кристаллических решеток твердого раствора и образующегося химического соединения).
Обратите внимание на основные преимущества алюминиевых и магниевых сплавов, связанные с их высокой удельной прочностью. Рассмотрите классификацию алюминиевых сплавов и обоснуйте технологический способ изготовления изделий из сплавов каждой группы. Разберитесь в основах теории термической обработки (старения) легких сплавов. Обоснуйте выбор способа упрочнения деформируемых и литейных сплавов. Рассмотрите классификацию магниевых сплавов.
7.1.13 Медь и ее сплавы.Изучите классификацию медных сплавов и уясните маркировку, состав, структуру, свойства и области применения разных групп медных сплавов.
По ГОСТ 859-78 медь маркируется так: МОО, МО, Ml, М2, МЗ в зависимости от содержания примесей; латуни (ГОСТ 17711-80) – ЛЦ4ОС, где Л – латунь, Ц – цинк (40%); С – свинец (1%).
Бронзы маркируются иначе (ГОСТ 5017-74): БрОФ4-0,25, где Бр – бронза; О – олово; Ф – фосфор; цифры – их процентное содержание.
7.1.14 Цинк, олово, свинец и их сплавы.Основное внимание обратите на области применения сплавов на основе цинка, свинца, олова. Укажите, каким должно быть строение антифрикционных сплавов в связи с предъявляемыми к ним требованиями.
7.1.15 Композиционные материалы.Обратите внимание на принципиальное отличие композиционного материала, заключающееся в сочетании разнородных материалов с четкой границей раздела между ними. В связи с тем, что композит обладает свойствами, которыми не может обладать ни один из его компонентов в отдельности, такие материалы становятся весьма перспективными в различных областях новой техники. Укажите свойства композитов в зависимости от вида матрицы и формы, размеров и взаимного расположения наполнителя. Уясните возможность использования композитов в качестве жаропрочных материалов и способы повышения их жаропрочности.
Читайте также: